压力数据自动采集及处理系统和方法与流程

本发明涉及自动化控制以及计算机通信，数据采集分析处理技术领域，具体涉及一种压力数据自动采集及处理系统和方法。

背景技术：

在世界范围内，充填采矿法是深部开采的必然选择，膨胀充填材料可以有效的解决目前矿山充填长期存在的一些问题。膨胀压是用来衡量膨胀充填材料膨胀性能最主要的指标之一。准确测量膨胀充填材料的膨胀压对于进一步开展膨胀充填材料的研究工作具有十分重要的意义。

目前，由于将膨胀充填材料作为一种注浆材料用于注浆工程研究较少，尤其在采矿充填工程中的应用研究还未起步，因此，对矿山膨胀充填材料膨胀压的自动化测试目前还未见相关研究。

技术实现要素：

本发明克服了现有技术的不足，提供一种压力数据自动采集及处理系统和方法。以期待有效提高压力控制器的安全性和可靠性，数据分析的准确性。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种压力数据自动采集及处理系统，包括加载系统和载荷测量系统；所述的加载系统包括：压力机和加载装置；所述压力机包括压力机油缸、压力机上刚性压头、压力机下刚性压头；所述加载装置包括刚性上底座、刚性试模和刚性下底座；所述刚性试模具有通孔，所述刚性上底座设置在所述刚性试模通孔内上方，所述刚性下底座设置在所述刚性试模通孔内下方；所述刚性上底座与刚性下底座之间用于填充充填材料；所述加载装置设置在所述压力机上刚性压头与所述压力机下刚性压头之间；所述压力机上刚性压头上方与所述压力机油缸连接；

所述载荷测量系统包括：压力传感器、数据记录仪、压力机控制系统、数据分析系统和自动控制系统；所述自动控制系统分别与所述压力机控制系统、数据分析系统连接；所述压力传感器的一端与所述压力机下刚性压头相接触，所述压力传感器另一端连接所述数据记录仪；所述数据记录仪连接所述数据分析系统。

更进一步的技术方案是所述刚性试模通孔内壁上设置有润滑介质。

更进一步的技术方案是所述刚性下底座上方设置有一层滤纸。

更进一步的技术方案是所述填充材料上表面设置有一层薄膜。

更进一步的技术方案是所述自动控制系统包括压力机开启控制模块、压力传感器数据采集模块，静态应变数据分析模块以及数据显示模块。

更进一步的技术方案是所述刚性下底座中心位置开有圆孔。

更进一步的技术方案是所述刚性上底座和刚性下底座的径向及纵向尺寸相同；所述刚性上底座和刚性下底座均与所述刚性试模间隙配合。

更进一步的技术方案是所述刚性试模外径为Φ150mm，内径为Φ120mm，壁厚为30mm，长度为230mm；所述刚性上底座和刚性下底座的直径均为Φ120、高度均为40mm；所述下底座中心位置的圆孔直径为5mm。

更进一步的技术方案是所述充填材料为砂浆浓度73％、灰砂比1:4、膨胀剂添加比例为8％的膨胀充填材料。

更进一步的技术方案是提供一种压力数据自动采集及处理方法，所述的方法包括以下步骤：

步骤一：利用信号线缆将压力传感器和数据记录仪全桥连接在一起；

步骤二：将刚性下底座置于压力机下刚性压头中心位置处；

步骤三：将滤纸敷设在刚性下底座中心位置处；

步骤四：在刚性试模内壁涂抹润滑介质；

步骤五：将刚性试模套在刚性下底座上，使刚性试模与刚性下底座光滑接触，使刚性试模能够在刚性下底座内沿轴向上、下自由移动；

步骤六：将充填材料装入刚性试模内，待充填材料开始膨胀之前，将充填材料的表面平整，在平整后的充填材料上表面覆盖薄膜；

步骤七：在刚性上底座的周边涂抹润滑介质，使刚性上底座能够在刚性试模内沿轴向上、下自由移动；将刚性上底座套在刚性试模内，使刚性上底座与刚性试模内的充填材料紧密接触；

步骤八：开启压力机控制系统及数据记录仪，调节压力试验机油缸向下运行的油缸速率，控制压力机上刚性压头向下移动速率，使所述压力机上刚性压头下移，直至与刚性上底座的上表面紧密接触，此时，停止压力机上刚性压头向下的移动，保持所述压力机上刚性压头位置恒定不变，所述数据记录仪开始采集数据。

与现有技术相比，本发明实施例的有益效果之一是：

1、本发明对矿山膨胀充填材料膨胀压的测试工作简练，测试设备小巧灵活，测试结果精确，易于操作，投资费用较小，仅需加工特定尺寸的刚性空心圆柱试模、刚性实心圆柱上、下底座，并利用高精度压力试验机即可完成矿山膨胀充填材料膨胀压的测试工作。

2、本发明的测量矿山膨胀充填材料膨胀压的装置拆卸方便，省时省力，刚性空心圆柱试模两端为可自由移动的刚性实心圆柱上、下底座，测试工作完成后，将刚性实心圆柱上底座取出，可通过压力试验机推动刚性实心圆柱下底座，直接将刚性空心圆柱试模内反应结束后的膨胀充填块体推出，拆卸工作十分简单，并且刚性空心圆柱试模及刚性实心圆柱上、下底座可重复使用。

3、本发明采用高精度压力试验机进行压力测试工作，压力试验机内置压力传感器，压力传感器直接记录轴向压力数据，测试装置自动化程度高，因此，本发明采用的测试膨胀充填材料膨胀压的测试精度较高。

4、本发明可以测量矿山不同浓度、不同灰砂比、不同配比膨胀剂的膨胀充填材料的膨胀压，并获得不同浓度、不同灰砂比、不同配比膨胀剂的膨胀充填材料的膨胀压随时间变化的规律，为矿山实际生产中选择不同浓度、不同灰砂比、不同配比膨胀剂的膨胀充填材料提供了依据，对进一步开展矿山膨胀充填材料的研究工作具有重大意义。

附图说明

图1为本发明一个实施例中刚性上底座结构示意图。

图2为本发明一个实施例中刚性下底座结构示意图。

图3为本发明一个实施例中刚性试模结构示意图。

图4为本发明一个实施例中膨胀充填材料膨胀压测试系统装配图。

图5为本发明一个实施例中膨胀充填材料膨胀压测试系统图。

图6为本发明一个实施例中膨胀充填材料膨胀压随时间变化曲线图。

图7为本发明一个实施例中自动化控制系统结构框图。

图8为本发明一个实施例中自动化控制系统控制流程图。

附图标记说明：1—压力机油缸，2—压力机上刚性压头，3—刚性实心圆柱上底座，4—刚性空心圆柱试模，5—膨胀充填材料，6—压力机下刚性压头，7—压力传感器，8—刚性实心圆柱下底座，9—线缆，10—静态应变数据记录仪，11—压力机控制系统，12—数据分析系统，13—自动化控制系统。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

下面结合附图及实施例对本发明的具体实施方式进行详细描述。

实施例1

如图1至图7所示，根据本发明的一个实施例，本实施例公开一种压力数据自动采集及处理系统，它包括加载系统部分和载荷测量系统部分。

所述加载装置部分包括：压力机和加载装置；所述压力机包括压力机油缸1、压力机上刚性压头2、压力机下刚性压头6；所述加载装置包括刚性实心圆柱上底座3、刚性空心圆柱试模4、刚性实心圆柱下底座8。

所述的载荷测量系统部分包括压力传感器7、信号线缆9、静态应变数据记录仪10、压力机控制系统11、数据分析仪12、自动化控制系统13。

具体的，如图4所示，在刚性空心圆柱试模4通孔内设置有刚性实心圆柱上底座3和刚性实心圆柱下底座8。

如图1、图2和图3所示，所述的刚性空心圆柱试模具有通孔，刚性空心圆柱试模外径Φ150mm，内径Φ120mm，壁厚30mm，长度230mm，刚性空心圆柱试模在通孔内设置有刚性实心圆柱上底座、刚性实心圆柱下底座，刚性实心圆柱上底座、刚性实心圆柱下底座尺寸为Φ120×40mm，刚性实心圆柱上底座3和刚性实心圆柱下底座8的径向及纵向尺寸相同，底座尺寸为Φ120×40mm；在上底座与下底座之间装有专门研制的矿山膨胀充填材料；如图2所示，刚性实心圆柱下底座8的圆心位置处开Φ5mm的通孔。

进一步的，本实施例中刚性实心圆柱上底座3、刚性实心圆柱下底座8及刚性空心圆柱试模4材质均为钢质材料。所述刚性实心圆柱上底座3和刚性实心圆柱下底座8均与刚性空心圆柱试模4间隙配合，刚性空心圆柱试模通孔内涂抹润滑油等润滑介质，以减小刚性实心圆柱上底座以及刚性实心圆柱下底座与刚性空心圆柱试模通孔之间的摩擦阻力。

如图5所示，所述刚性空心圆柱试模4、刚性实心圆柱上底座3及刚性实心圆柱下底座8均设置在压力机上刚性压头2与压力机下刚性压头6之间；刚性实心圆柱上底座3的下表面与膨胀充填材料5紧密接触，刚性实心圆柱上底座3的上表面与压力机上刚性压头2紧密接触；刚性实心圆柱下底座8的下表面与压力机下刚性压头6紧密接触，刚性实心圆柱下底座8的上表面与膨胀充填材料5紧密接触；压力传感器7的一端与压力机下刚性压头6相接触，采用全桥连接通过信号电缆9将压力传感器与静态应变数据记录仪10连接起来。试验时，在所述刚性空心圆柱试模4内敷设一层塑料薄膜；在刚性实心圆柱下底座8的表面铺设Φ120mm的滤纸81一片。

作为优选的实施方案，本实例中，膨胀充填材料类型选用砂浆浓度73％、灰砂比1:4、膨胀剂添加比例为8％的膨胀充填材料。

实施例2

如图5至图8所示，根据本发明的另一个实施例，本实施例公开一种压力数据自动采集及处理方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：利用信号线缆9将压力传感器7和静态应变数据记录仪10、压力机控制系统11、数据分析仪12、自动化控制系统13全桥连接在一起。

步骤二：将刚性实心圆柱下底座8置于压力机下刚性压头6中心位置处。

步骤三：将Φ120mm滤纸一片敷设在刚性实心圆柱下底座8中心位置处，其主要作用是模拟矿山真实充填渗透滤水的情况。

步骤四：在刚性空心圆柱试模4内壁涂抹润滑油等润滑介质。

步骤五：将刚性空心圆柱试模4套在刚性实心圆柱下底座8之上，保证刚性空心圆柱试模4与刚性实心圆柱下底座8光滑接触，使刚性空心圆柱试模4能够在刚性实心圆柱下底座8内沿轴向上、下自由移动。

步骤六：配置砂浆浓度73％、灰砂比1:4、膨胀剂添加比例8％的膨胀充填材料。

首先称取325#矿渣硅酸盐水泥200g，矿山尾砂800g，膨胀剂16g，同时用量筒量取458ml水。采用JJ-5型行星式水泥胶砂机进行搅拌，将固体充填材料灌入搅拌桶中，开动机器慢速搅拌2min后快速搅拌3min，直至各种固体充填材料混合均匀为止，然后加入试验所需用水，为防止高速搅拌过程中料浆溅出，水分丢失，对试验结果产生误差，故加水后搅拌控制方式为人工控制，慢速搅拌，搅拌时间4min后，结束搅拌工作。

然后将搅拌均匀的膨胀充填材料5装入刚性空心圆柱试模4内，根据试验要求，装入不同高度膨胀充填材料5，装填高度介于150mm～190mm之间；根据对膨胀充填材料膨胀性能的试验所研究的不同浓度、不同灰砂比、不同配比膨胀剂膨胀充填材料的膨胀规律性质，不同浓度、不同配比膨胀充填材料的膨胀开始时间各异。因此，本实例中浓度73％、灰砂比1:4、膨胀剂添加比例8％的膨胀充填材料需要静置10min，待膨胀充填材料5开始膨胀之前，将膨胀充填材料5的表面平整，在平整后的膨胀充填材料5上表面覆盖塑料薄膜。

步骤七：在刚性实心圆柱上底座3的周边涂抹润滑油等润滑介质，使刚性实心圆柱上底座3能够在刚性空心圆柱试模4内沿轴向上、下自由移动；将刚性实心圆柱上底座3套在刚性空心圆柱试模4之内，使刚性实心圆柱上底座3与刚性空心圆柱试模4内的膨胀充填材料5紧密接触。

步骤八：自动化控制系统开启压力机控制系统11及静态应变数据记录仪10，通过压力试验机控制台调节压力机油缸1向下运行的油缸速率，控制压力机上刚性压头2向下移动速率，使之缓慢下移，直至与刚性实心圆柱上底座3的上表面紧密接触，此时，停止压力机上刚性压头2向下的移动，保持其位置恒定不变，静态应变数据记录仪10开始采集数据。

步骤九：随着时间的推移，膨胀充填材料5的体积开始逐渐膨胀，由于受到刚性空心圆柱试模4的径向约束，因此，膨胀充填材料5将在轴向上产生持续不断的压力，在轴向上推动刚性空心圆柱试模内的刚性实心圆柱上底座3及刚性实心圆柱下底座8，此时，由于刚性实心圆柱上底座3及刚性实心圆柱下底座8受到挤压，刚性实心圆柱上底座3及刚性实心圆柱下底座8受到的膨胀压力数据被压力传感器7记录下来并通过信号电缆传输到静态应变数据记录仪10，数据分析系统做数据分析，从而得到膨胀充填材料的膨胀压。当膨胀充填材料5反应到后期时，膨胀压增长速率逐渐减小，当膨胀压趋于平稳时，认定反应结束，料浆浓度73％、灰砂比1:4、膨胀剂添加比例8％的膨胀充填材料的膨胀压随时间变化的情况如图6所示。

优选的，本实施例压力数据自动采集及处理方法还包括当开启压力机出现开启故障时，自动化控制系统自动停止开启，并进行声光报警步骤。

优选的，本实施例压力数据自动采集及处理方法还包括当压力传感器采集数据出现采集故障时，自动化控制系统自动停止采集，并进行声光报警步骤。

优选的，本实施例压力数据自动采集及处理方法还包括当静态应变数据记录仪记录膨胀数据出现记录故障时，自动化控制系统自动停止记录，并进行声光报警步骤。

优选的，本实施例压力数据自动采集及处理方法还包括当数据分析系统分析膨胀数据，测得膨胀压出现数据异常时，自动化控制系统自动停止分析，并进行声光报警步骤。

上述实施例压力数据自动采集及处理系统和方法自动化程度高，测试工艺简单、测试精度高及测试成本低廉。可有效提高压力控制器的安全性和可靠性，数据分析的准确性。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一个实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。